Gamla stjärnors planetsystem är bra platser att söka liv på

 

Stjärnor lika vår sol är roterar snabbt vilket skapar ett starkt magnetfält som kan få våldsamma utbrott och bombardera dess planetsystemet med laddade partiklar och skadlig strålning. Under miljarder år saktar stjärnans rotation gradvis ner dess magnetfält i en solvind från dess yta, en process som kallas magnetisk inbromsning. Den långsammare rotationen ger ett svagare magnetfält och båda egenskaperna avtar tillsammans i styrka över tid.

Fram tills nyligen antog astronomer att magnetisk inbromsning fortsätter på obestämd tid. Men nya observationer utmanar detta antagande."Vi skriver om läroböckerna om hur rotation och magnetism hos äldre stjärnor som solen förändras i mitten av deras beräknade existens", beskriver forskaren Travis Metcalfe, vid White Dwarf Research Corporation i Golden, Colorado, USA.

 Klaus Strassmeier, chef vid Leibniz-institutet för astrofysik i Potsdam, Tyskland och medförfattare till studien, tillägger: "Detta beror på att försvagad magnetisk bromsning också stryper stjärnvinden och gör förödande utbrott allt mindre sannolika."

Utbrott av det slag som sker som värst vart 11:e år från vår sol och då kan slå ut internet mm.

Teamet av astronomer från USA och Europa kombinerade observationer av 51 Pegasi från NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) med banbrytande mätningar av Pegasi magnetfält från Large Binocular Telescope (LBT) i Arizona med hjälp av Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI). Även om exoplaneten som kretsar kring 51 Pegasi inte passerar framför sin sol sett från jorden, uppvisar stjärnan själv subtila variationer i ljusstyrka i TESS-observationerna som kan användas för att mäta stjärnans radie, massa och ålder – en teknik som kallas asteroseismologi. 

Samtidigt präglas stjärnans magnetfält en liten mängd polarisation i stjärnljuset vilket gör det möjligt för PEPSI på LBT att skapa en magnetisk karta av stjärnans yta då stjärnan roterar – en teknik som kallas Zeeman-Doppler Imaging. Tillsammans gjorde dessa mätningar det möjligt för teamet att utvärdera den nuvarande magnetiska miljön runt stjärnan.

Under de senaste åren har teamet börjat använda PEPSI på LBT för att mäta magnetfälten för flera TESS-objekt (objekt upptäckta av TESSteleskopet har alltid en beteckning som börjar med ett T) och gradvis byggt upp en ny förståelse för hur magnetism förändras i stjärnor som solen när de blir äldre (men aldrig stannar av helt). 

Observationerna avslöjade att magnetisk bromsning plötsligt förändras hos stjärnor som är något yngre än solen, och blir mer än 10 gånger svagare vid den tidpunkten och minskar ytterligare när stjärnor fortsätter att åldras. Forskarlaget tillskrev dessa förändringar till en oväntad förändring i magnetfältets styrka och komplexitet, och påverkan av solvinden. De nyligen uppmätta egenskaperna hos 51 Pegasi visar att stjärnan – precis som vår egen sol – redan har gått igenom denna övergång till försvagad magnetisk bromsning.

Då äldre stjärnor har lägre utbrott och strålning är dess planetsystem även mer lämpliga för liv än yngre stjärnors planetsystem.

Bild https://www.deviantart.com/

Den nästan osynliga galaxen och mörk materia

 

Nube är en nästan osynlig dvärggalax som upptäcktes av en internationell forskargrupp ledd från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) i samarbete med University of La Laguna (ULL) med flera institutioner. Namnet Nube (moln på spanska) föreslogs av den 5-åriga dottern till en av forskarna i gruppen och beror på objektets diffusa utseende.

Galaxen har en rad specifika egenskaper som skiljer den från tidigare kända objekt. Forskargruppen uppskattar att Nube är en dvärggalax som är tio gånger ljussvagare än andra av liknande slag, men tio gånger mer utsträckt än andra objekt med ett jämförbart antal stjärnor. Galaxen är en tredjedel av Vintergatans storlek med en massa som av ungefär Lilla Magellanska molnet.

Med vår nuvarande kunskap förstår vi inte hur en galax med så extrema egenskaper kan existera, förklarar Mireia Montes, artikelns försteförfattare och forskare vid IAC och ULL.

På grund av dess ljussvaghet är det svårt att bestämma det exakta avståndet till Nube. Med hjälp av en observation som gjordes med Green Bank Telescope (GBT) i USA uppskattade författarna avståndet till Nube till 300 miljoner ljusår kommande observationer med radioteleskopet VLA (Very Large Array) och det optiska William Herschel-teleskopet (WHT) vid Roque de los Muchachos-observatoriet i La Palma kan snart visa om detta avstånd är korrekt.

– Om galaxen visar sig vara närmare, kommer den fortfarande att vara ett mycket märkligt objekt och innebära stora utmaningar för astrofysiken, beskriver Ignacio Trujillo. Kosmologiska simuleringar kan inte reproducera dess "extrema" inom i  olika datascenarier. "Vi har ingen hållbar förklaring  för närvarande accepterade i den kosmologiska modellen, den för kall mörk materia", förklarar Montes.

Modellen för kall mörk materia kan reproducera de storskaliga strukturerna i universum, men det finns småskaliga scenarier som fallet med Nube som den inte kan ge ett bra svar på. "Det är möjligt att vi med den här galaxen, och liknande galaxer som vi eventuellt kommer att hitta, kan hitta ytterligare ledtrådar som kommer att öppna ett nytt fönster för förståelsen av universum", kommenterar Montes.

– En möjlighet, som är attraktiv, är att Nubes ovanliga egenskaper visar att partiklarna som utgör mörk materia har en extremt liten massa, beskriver Ignacio Trujillo. Om så är fallet skulle galaxens ovanliga egenskaper vara en demonstration av kvantfysikens egenskaper på galaktisk skala. "Om denna hypotes bekräftas skulle det vara en av de vackraste demonstrationerna av naturen, som förenar världen av det minsta med det största", avslutar han.

Studien har publicerats i tidskriften Astronomy & Astrophysics och har använt data tagna med Gran Telescopio Canarias (GTC) och Green Bank Radiotelescope (GBT).

Bild https://www.iac.es/en  Nube-galaxen. Figuren är en komposition av en färgbild och en svartvit bild, för att välja ut bakgrunden. Upphovsman: GTC/Mireia Montes

En teori om radiocirklarna därute

 

2019 detekterade det då färdigställda teleskopet ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) något som ingen någonsin sett förut, radiovågscirklar så stora att de omfattade hela galaxer inom sig. Astrofysikerna försökte därefter försöka förstå vad dessa cirklar var och varför de fanns.

Nu anser ett forskarlag lett av Alison Coil, professor i astronomi och astrofysik vid University of California San Diego att de kan ha hittat svaret: cirklarna är skal som bildats av utströmmande galaktiska vindar, möjligen från massiva exploderande stjärnor (supernovor).

När stjärnor slocknar och exploderar kastar de ut gas i dess omgivning ut i den interstellära rymden. Om tillräckligt många stjärnor exploderar nära varandra samtidigt kan kraften i dessa explosioner pressa ut gasen ur själva galaxen i utströmmande vindar, som kan färdas med upp till 2 000 kilometer i sekunden. De  galaxer där detta sker är  intressanta, beskriver Coil som är ordförande för institutionen för astronomi och astrofysik vid University of California San Diego. 

Cirklarna uppstår i områden där två stora galaxer kolliderar. Sammanslagningen skjuter då in all gas i ett mycket litet område vilket orsakar en intensiv  stjärnbildning. Massiva stjärnor brinner snabbt ut och då de dör kastar de ut sin gas som utströmmande vindar. Cassandra Lochhaas, postdoktor vid Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics som specialiserat sig på teorier om galaktiska vindar och medförfattare till artikeln, körde en serie numeriska datorsimuleringar för att replikera storleken och egenskaperna hos de stora radioringarna, inklusive den stora mängden kall gas i den centrala galaxen.

Hennes simuleringar visade hur galaktiska vindar blåste i 200 miljoner år innan se avstannade. När vinden upphörde fortsatte en framåtriktad chockvåg att driva ut het gas ur galaxen och skapade en radioring medan en omvänd chock skickade kallare gas tillbaka in i galaxen. Datasimuleringen visade vad som kunde ske under 750 miljoner år vilket är  inom ramen för den uppskattade stjärnåldern på en miljard år för ORC 4 (en odd radio circle). 

För att det ska fungera behövs ett utflöde med hög massa vilket innebär att det då kastas ut mycket material under kort tid. Den omgivande gasen strax utanför galaxen måste ha låg densitet annars avstannar chockvågen. Det här är de två nyckelfaktorerna, beskriver Coil. – Det visar sig att de galaxer vi har studerat har dessa höga massutflödeshastigheter. De är sällsynta men de finns. Jag tror  att detta pekar på att ORC:er härstammar från någon form av utströmmande galaktiska vindar beskriver Coil.

Det är inte bara utströmmande vindar som kan hjälpa astronomer att förstå ORC, utan även ORC:er kan hjälpa astronomerna att förstå utströmmande vindar. ORC:er är ett sätt för oss att se vindarna genom radiodata och spektroskopi, beskriver Coil. – Det här kan hjälpa oss att avgöra hur vanliga dessa extrema utströmmande galaktiska vindar är och hur vindarnas livscykel ser ut. Det kan hjälpa oss att lära oss mer om galaktisk utveckling och svara på frågan om alla massiva galaxer går igenom en ORC-fas. Blir spiralgalaxer elliptiska när de inte längre bildar stjärnor? Jag tror att det finns mycket vi kan lära oss om och av ORC:er.

Studien är publicerad i Nature.

Bild vikipedia en konstnärs intryck av en udda radiocirkel som exploderar i centrum av en galax. ORC:er (radiocirklar) kan expandera förbi andra galaxer.

Dammig kattsvansliknande formation i Beta Pictoris-systemet

 

Beta Pictoris är den näst ljusstarkaste stjärnan i stjärnbilden Målaren. Den är belägen drygt 63 ljusår från oss är 1,75 gånger massivare och 8,7 gånger ljusstarkare än vår sol. Beta Pictoris-systemet är mycket ungt endast mellan 8–20 miljoner år gammalt.

Här finns den första stoftskiva som avbildats runt en annan stjärna. Skivan består av skräp efter kollisioner mellan asteroider, kometer och planetbildningsmateria. Observationer från NASA:s rymdteleskop Hubble avslöjade nyligen en andra skräpskiva i detta solsystem. Denna är lutande i förhållande till den yttre skivan som först sågs. Nu har ett team av astronomer som använt NASA:s James Webb Space Telescope för att avbilda Beta Pictoris-systemet upptäck yttrligare en tidigare okänd struktur.

Forskarlaget leddes av Isabel Rebollido vid Astrobiology Center i Spanien och använde Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) och MIRI (Mid-Infrared Instrument) för att undersöka sammansättningen av Beta Pics tidigare upptäckta fragmentskivor. Resultaten överträffade deras förväntningar och avslöjade ytterligare en skarpt lutandeskiva av damm formad som en kattsvans som sträcker sig från den sydvästra delen av den sekundära skräpskivan.

”Beta Pictoris finns på avstånd lämpligt för oss att studera här finns en ljusstark stjärna  en komplex cirumstellär miljö med flerkomponentskivor, exokometer och två avbildade exoplaneter", beskriver Rebollido, huvudförfattare till studien. Även om det har gjorts tidigare observationer från marken i samma våglängdsområde som nu gjorts hade tidigare undersökningar av systemet inte den känslighet och rumsliga upplösning som från Webbteleskopet därför var det först nu som kattsvansfunktionen upptäcktes. Även med Webbteleskopet var det avgörande att se på Beta Pic i samma våglängdsområde - i det här fallet det mellaninfraröda - för att upptäcka kattensvansformationen då den bara dök upp i MIRI-data. Webbs mellaninfraröda data avslöjade även skillnader i temperatur mellan Beta Pics två skivor vilket sannolikt beror på skillnader av deras sammansättning.

"Vi förväntade oss inte att Webb skulle avslöja att det finns två olika typer av material runt Beta Pic, men MIRI visade  tydligt att materialet i den sekundära skivan och kattens svans är varmare än det i huvudskivan", beskriver Christopher Stark, medförfattare till studien vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

För att förklara den varmare temperaturen drog teamet slutsatsen att stoftet kan vara ett mycket poröst "organiskt eldfast material", liknande det material som finns på ytan av kometer och asteroider i vårt solsystem. Till exempel visade en preliminär analys av material som samlats in från asteroiden Bennu vid NASA:s OSIRIS-REx-uppdrag att det var mycket mörkt och kolrikt, ungefär som det som nu  MIRI upptäckte vid Beta Pic. En stor kvardröjande fråga kvarstår dock: Vad kan förklara formen som ser ut som en kattsvans, en unikt böjd form till skillnad från vad man ser i skivor runt andra stjärnor?

Rebollido och teamet modellerade olika scenarier i ett försök att efterlikna kattsvansformationen och reda ut dess ursprung. Även om ytterligare forskning och tester krävs, presenterar teamet en stark hypotes om att kattsvansen  är resultatet av en dammproduktionshändelse som inträffade för ca hundra år sedan.

Resultaten presenterades vid en presskonferens vid American Astronomical Societys 243:e möte i New Orleans, Louisiana. Observationerna gjordes som en del av programmet Guaranteed Time Observation 1411.

Bild vikipedia Olika planetformationsprocesser, inklusive av exokometer och andra planetesimaler (asteroidliknande himlakropp)  runt omkring Beta Pictoris (NASAs konstnärliga framställning).

NY teknik i sökandet efter utomjordiskt liv

 

SETI-institutets Commensal Open-Source Multimode Interferometer Cluster (COSMIC) vid Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) är ett instrument för sökning efter utomjordisk intelligens (SETI). Denna banbrytande teknik är en detektor COSMIC som scannar efter utomjordiska signaler och banar väg för framtida forskning med hjälp av en kopia av rådata från teleskopets observationer. Kärnan i COSMIC:s uppdrag utgår i den urgamla frågan: Är vi ensamma i universum? Projektforskaren Dr. Chenoa Tremblay med team beskrev projektet i en artikel nyligen som publicerats i The Astronomical Journal.

Det som utmärker COSMIC är dess förmåga att anpassa sig till framtiden. Systemet är designat för framtida uppgraderingar vilket säkerställer att COSMIC förblir i framkanten av kosmisk utforskning. Med potential att utöka sin kapacitet kan COSMIC snart täcka fler stjärnor, utforska fler frekvenser och öka vår förståelse av kosmos. Det är viktigt att notera att COSMIC:s kapacitet sträcker sig längre än till att söka efter utomjordisk intelligens.

"COSMIC introducerar modern Ethernet-baserad digital arkitektur på VLA, vilket möjliggör en testbädd för framtida teknologier när vi går in i nästa generations sökverktyg", beskriver Tremblay. "För närvarande ligger fokus på att skapa en av de största undersökningarna för tekniska signaler någonsin, med undersökning över 500 000 observerade källor under de första sex månaderna. Flexibiliteten i designen möjliggör ett brett spektrum av andra vetenskapliga möjligheter, såsom att studera snabba radioblixtpulsstrukturer och söka efter axion-kandidater för mörk materia.

COSMIC ingår i projektet Phoenix, med kapacitet att söka efter signaler i miljontals stjärnor och potential att expandera till tiotals miljoner sökningar – ett språng i omfattning och känslighet. COSMIC, som för närvarande är i drift på VLA, söker med hjälp av observationer från Very Large Array Sky Survey (VLASS), som kommer att kartlägga 80 % av himlen i tre faser under två år och katalogisera cirka 10 miljoner radiokällor. 

COSMICs Ethernet-baserade system tillför ett nytt samarbetselement till kosmos. Multicasting-tekniken gör det möjligt för andra kommersiella system att få tillgång till COSMIC:s processorkraft vilket gör det möjligt för ett vetenskapligt ekosystem att utvecklas i framtiden. Föreställ dig flera teleskop som arbetar tillsammans för att lösa universums mysterier.

"COSMIC-systemet förbättrar VLA:s vetenskapliga kapacitet avsevärt. Dess huvudsakliga mål att upptäcka utomjordiska teknosignaturer ta itu med en av de mest djupgående vetenskapliga frågorna. Detta ämne var tidigare inte möjligt med VLA, säger Dr. Paul Demorest, National Radio Astronomy Observatory. Genom att arbeta parallellt med projekt som VLA Sky Survey kommer COSMIC att åstadkomma en av de största SETI-kartläggningarna någonsin, samtidigt som VLA kan genomföra sitt vanliga program för annan astronomisk forskning.

När vi ger oss ut på denna kosmiska resa med COSMIC är möjligheterna stora. Oavsett om man söker efter signaler från avlägsna civilisationer eller reder ut mysterierna med mörk materia, är COSMIC inte bara en detektor på ett teleskop; Det är en kosmisk följeslagare i vårt sökande efter kunskap

Bild https://www.pickpik.com/

Stjärnan HD 144432 omges av tre järnrika dammskivor

 

Med de framsteg som gjorts inom stjärn- och planetbildningsforskningen kan man nu undersöka förhållandena i miljön runt unga stjärnor och jämföra denna med det tidiga solsystemet. Med hjälp av Europeiska sydobservatoriets (ESO) Very Large Telescope Interferometer (VLTI) har ett internationellt forskarlag lett av József Varga från Konkoly-observatoriet i Budapest, Ungern, gjort detta. De observerade  skivan hos den unga stjärnan HD 144432 där planeter just nu bildas som finns ungefär 500 ljusår bort.

– När vi studerade stoftfördelningen i skivans innersta upptäckte vi för första gången en komplex struktur där stoft samlats i tre koncentriska ringar, beskriver Roy van Boekel forskare vid Max Planck-institutet för astronomi (MPIA) i Heidelberg, Tyskland medförfattare till en forskningsartikeln som publicerats i tidskriften Astronomy & Astrophysics om upptäckten.

HD 144432 är det första exemplet med ett så komplext ringsystem. Stjärnan finns i en zon rik på stoft av det material som stenplaneter som jorden bildas ur. Om man antar att ringarna indikerar närvaron av två planeter som bildas i luckorna i ringarna, uppskattar astronomerna dessa planeters massor till ungefär Jupiters storlek. Astronomerna bestämde stoftets sammansättning i den innersta skivan  dom finns från  stjärnan som motsvarar Jupiters avstånd till solen. De fann för forskare som studerar jorden bekanta mineral. Mineral av samma slag  som bildade de steniga planeterna i vårt solsystem: olika silikater (metall-kisel-syreföreningar) och andra mineraler som finns i vår jordskorpa och mantel och möjligen metalliskt järn som finns i Merkurius och jordens kärnor. Om studien bekräftas skulle ovan stjärna vara den första som har upptäckts med järn i planetbildande skivor.

– Astronomer har hittills förklarat  stoftskivors innehåll som att de har en blandning av kol- och silikatstoft, material som vi ser nästan överallt i universum. Ur ett kemiskt perspektiv är dock en järn- och silikatblandning mer trolig för de heta, inre diskregionerna.

Faktum är att den modellanalys som Varga, huvudförfattaren till den underliggande forskningsartikeln, tillämpade på insamlad data ger bättre ett mer passande resultat när man introducerar järn istället för kol som annars är det vanligaste i skivor. Dessutom kan stoftet som observeras i HD 144432-skivan vara så hett som ca 1500 grader Celsius vid innerkanten och måttliga 25 grader Celsius längre ut. Mineraler och järn smälter och kondenseras, ofta som kristaller i heta områdena nära en stjärna.

Kolkorn skulle inte klara värme av detta slag utan då bli kolmonoxid eller koldioxidgas. Kol kan dock fortfarande vara en betydande beståndsdel i de fasta partiklarna i den svalare delen av skivan vilket dock de observationer som gjorts i studien inte kunde spåra.  

 Merkurius och jorden är järnrika planeter medan jorden innehåller relativt lite kol. – Vi tror att HD-144432 skivan kan vara mycket lik vad som rådde i vårt tidiga solsystem som resulterade i massor av järn till de stenplaneter vi har idag (ex jorden), beskriver van Boekel och tillägger att  studien kan bli ytterligare ett exempel som visar att sammansättningen av vårt solsystem kan vara ganska vanlig. Förutom vårt solsystem verkar HD 144432 vara ett annat exempel på där planeter  bildas i en järnrik miljö.

Bild https://phys.org  Observation med European Southern Observatorys (ESO) Very Large Telescope Interferometer (VLTI) som hittade olika silikatföreningar och potentiellt järn, ämnen som också hittas i stora mängder på vårt solsystems steniga planeter. Kredit: Jenry

Kan syre i atmosfären visa på en tekniskt avancerad civilisation

 

I en ny studie publicerad i Nature Astronomy av Adam Frank, Helen F. och Fred H. Gowen Professor of Physics and Astronomy vid University of Rochester författare till The Little Book of Aliens (Harper, 2023) och Amedeo Balbi, docent i astronomi och astrofysik vid University of Roma Tor Vergata, Italien, beskrivs kopplingen mellan atmosfäriskt syre och den potentiella ökningen av avancerad teknik på avlägsna planeter.

I artikeln undersöker vi om en atmosfärs sammansättning är tecken på närvaron av avancerad teknik, beskriver Balbi. Frank och Balbi och hävdar att, utöver behov av andning och metabolism i flercelliga organismer är syre även avgörande för eld. Bruket av eld är ett kännetecken för en teknologisk civilisation. Forskarna fördjupar sig i begreppet "teknosfärer", expansiva områden av avancerad teknologi som avslöjar tecken – kallade "teknosignaturer" – av utomjordisk teknisk kunnig intelligens.

Oavsett om det handlar om matlagning, smide av metaller tillverkning av material för hem eller utnyttjande av energi genom att bränna bränslen, har förbränning varit drivkraften bakom jordiska industrisamhällen.

Genom att se på jordens historia fann forskarna att kontrollerad användning av eld och de efterföljande metallurgiska framstegen endast var möjliga när syrehalten i atmosfären nådde eller översteg 18 procent. Detta innebär att endast planeter med betydande syrekoncentrationer kan utveckla avancerade teknosfärer och lämna detekterbara teknosignaturer. De nivåer av syre som krävs för att biologiskt upprätthålla komplext liv och intelligens är inte lika höga som de nivåer som krävs för teknik, så även om en art kanske kan uppstå i en värld utan syre, kommer den inte att kunna bli en teknologisk art, enligt forskarna.

"Du kanske kan få biologi – du kanske till och med kan få intelligenta varelser – i en värld utan syre", beskriver Frank. Men utan en eldkälla kommer det aldrig att utvecklas högre teknik eftersom högre teknik kräver bränsle och smältning."

Här kommer "oxygen bottleneck" in i bilden, en term som myntades av forskarna för att beskriva den kritiska tröskel som skiljer världar som är kapabla att främja teknologiska civilisationer från de världar där detta inte är möjligt.

"Förekomsten av höga halter av syre i atmosfären är som en flaskhals som du måste ta dig igenom för att få en teknologisk art", säger Frank. "Du kan få allt annat att fungera, men om du inte har syre i atmosfären kommer du inte att ha en teknologisk art. Att rikta in sig på planeter med höga syrehalter bör därför prioriteras eftersom närvaron eller frånvaron av höga syrenivåer i exoplaneters atmosfärer kan vara en viktig ledtråd för att hitta potentiella teknosignaturer", beskriver Frank.

"Att upptäcka intelligent, teknologiskt liv på en annan planet skulle vara enormt", tillägger Balbi. – Därför måste vi vara extremt försiktiga med att tolka eventuella upptäckter. Vår studie tyder på att vi bör vara skeptiska till potentiella teknosignaturer från en planet med otillräckligt syre i atmosfären.

Bild https://www.deviantart.com/